基于前饋控制的交流伺服系統高速定位控制研究

曹耀文

摘 要：前饋控制的交流伺服系統要求高速定位，采用傳統PID控制不能滿足這一要求。為解決這一問題，可以引入前饋控制來提高定位控制性能。通過進行仿真實驗，證明前饋控制可以提高系統對指令信號的跟蹤性能，再設計實驗系統。

關鍵詞：前饋控制；交流伺服；高度定位；研究

一、交流伺服電動機控制模型

為設計交流伺服控制系統，首先建立交流伺服電動機的控制模型。如圖1所示，選定轉子磁通勢為D軸方向，Q軸方向確定為領先D軸90°的方向，建立兩相D-Q軸坐標系。圖中為D軸與A相繞組中心線間的電角度。設為三相繞組電流感應產生的旋轉磁通勢，其旋轉角頻率等于，旋轉方向決定于三相電流的相序，這樣把兩個匝數相同的繞組加到D軸和Q軸上同樣產生如圖1的磁通勢FS。

二、交流伺服控制系統設計

基于PI控制原理設計由電流環、速度環和位置環構成控制系統。其硬件結構。

根據硬件系統工作原理及電動機控制模型，設計出位置、速度和電流環全數字交流伺服控制系統結構。位置環由編碼器反饋信號與輸入信號差分，速度環由編碼器反饋信號與速度環輸入信號差分，電流環由3/2坐標變換后的Q軸反饋信號與差分，PI控制器為K[1+1/（TS）]，其中：K為比例系數，T為積分時間。

三、試驗及結果分析

伺服控制器也主要有三部分構成，即：功率驅動板、主控制板、電源板。而對于永磁同步電機來說，是借助IPM進行驅動，IPM也就是智能功率模塊，至于三相電流反饋的獲取，主要是借助霍爾電流傳感器。為驗證引入前饋控制后，高速定位控制效果，與傳統PID控制進行對比實驗，輸出指令信號、位置積分器，借助DA卡，將之轉換為模擬量，通過示波記錄儀顯示，數據顯示：未引入電流前饋時，系統定位大約需45ms；在引入電流前饋時，系統定位需13ms。

四、結論

結束語可以這樣寫：綜上所述，本文主要對交流伺服電動機控制模型的建立進行了計算分析，并且詳細研究了交流伺服控制系統設計，最后，對交流伺服控制系統試驗結果進行了分析，證明了該項系統可以實現高速定位控制，具有十分重要的研究意義和價值。

參考文獻：

[1]高翔.高精度永磁同步電機位置伺服系統研究[D].哈爾濱理工大學，2016.